Analisi dei costi del ciclo di vita di filiere di produzione di energia dal rifiuto urbano indifferenziato basate sul pretrattamento meccanico biologico

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ANALISI DEI COSTI DEL CICLO DI VITA DI FILIERE DI

PRODUZIONE DI ENERGIA DAL RIFIUTO URBANO

INDIF-FERENZIATO BASATE SUL PRETRATTAMENTO

MECCANI-CO BIOLOGIMECCANI-CO

Lucia Rigamonti

_{, Giulia Borghi}

_{, Giovanna Martignon}

_{, Giovanni Ciceri}

_{, Mario Grosso}

1_{Politecnico di Milano, Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambiente – sezione Ambientale, Milano.} 2_{Ricerca sul Sistema Energetico – RSE S.p.A., Dipartimento Sviluppo sostenibile e Fonti Energetiche, Milano.}

Sommario – Oggetto del presente studio è un’analisi economica della filiera costituita dal trattamento del rifiuto urbano residuo (RUR) in impianti di trattamen-to meccanico-biologico (TMB) per la produzione di flussi di materiali, come Combustibili Solidi Seconda-ri (CSS) o frazioni secche, aventi potenziale energeti-co sfruttabile in termovalorizzatori per il recupero di energia elettrica e termica o in co-combustione in impianti industriali (cementifici o centrali termoelet-triche) in sostituzione dei combustibili fossili. Il con-testo geografico dell’analisi è quello italiano, con par-ticolare riferimento all’anno 2015. La ricerca ha applicato la metodologia di analisi dei costi del ciclo di vita (Life Cycle Costing), che permette di stimare i costi complessivi del trattamento in base al tipo di impianto e ai destini dei flussi in uscita e di fare alcu-ne considerazioni in merito all’alternativa economica più vantaggiosa. Lo studio si è basato su dati primari acquisiti presso alcuni impianti operativi in Italia nel 2015, e ha permesso di evidenziare le caratteristiche e le criticità che contraddistinguono le due principali tipologie di impianti TMB (impianti TMB a flusso unico o a flusso separato) e i diversi flussi in uscita generati dal TMB. Siccome l’analisi è stata impostata come una LCC Ambientale, i risultati ottenuti potreb-bero essere integrati con quelli di un’analisi Life Cycle Assessment (LCA) del medesimo sistema, in modo tale da ottenere sia una valutazione economica sia un quadro degli impatti ambientali del sistema.

Parole chiave: LCC, rifiuto indifferenziato, costi, exergia, TMB.

LIFE CYCLE COSTING OF ENERGY PRODUCTION FROM THE RESIDUAL WASTE BASED ON MECHANICAL BI-OLOGICAL PRETREATMENT

Abstract – This study is aimed at analysing the energy supply chain based on the treatment of the Residual Waste (RW) in mechanical-biological plants (MBT) to generate material streams, such as Solid Recovered Fuels (SRF) or dried fractions, that have the energy potential exploitable in dedicated power plants for elec-tric and thermal energy production or in co-combustion in industrial facilities (cement plants or thermoelectric power plants). Italy represents the geographical context of the study, with a focus on the year 2015. The Life Cycle Costing (LCC) methodology has been applied, which allows to estimate the overall treatment costs according to the type of plant and to the destiny of the output streams and to make some considerations about the most convenient economic alternative. To get

prima-ry data, a questionnaire was sent to some selected MBT plants. By processing the gathered data, the main pecu-liarities of each type of MBT technology (single and separated streams) and of the outgoing streams were evaluated. In particular, four strategies were analysed: 1. single-stream MBT followed by SRF co-combustion in cement kiln, 2. single-stream MBT followed by SRF combustion in fluidised bed waste-to-energy (WTE) plants, 3. single-stream MBT followed by SRF combus-tion in fluidised bed and grate WTE plants, and 4. MBT with streams separation followed by SRF combustion in fluidised bed WTE plants. Considering the dual role of MBT plants, i.e. on the one hand they represent a form of treatment of the RW and on the other they are a tool for the production of a fuel destined to energy recovery, the Environmental LCC was performed considering two different functional units: 1 tonne of RW at the entrance of the MBT plant, and 1 MWh of exergy produced by the energy valorisation of the flows leaving the MBT plant. The LCC included the internal costs, i.e. opera-tional and maintenance costs, the capital investment, end-of-life costs and costs for insurances, costs of trans-port and treatment of the MBT output flows. When the functional unit is 1 tonne of RW entering the MBT plant, strategies 1 and 4 resulted the most expensive (219 and 214 €/tRW, respectively). When the functional

unit is 1 MWh of produced exergy, the results suggest that the strategy based on the single-stream MBT fol-lowed by SRF co-combustion (i.e. strategy 1) is the best one from the economic point of view: in fact, while for the strategy 1 the total costs are 68 €/MWhex, strategies

2, 3 and 4 sustained in 2015 higher costs, respectively equal to 330, 308 and 1,079 €/MWhex. The highest cost

is therefore that associated with strategy 4, based on a separated-stream MBT: therefore, if we consider the cost to produce 1 MWh of exergy, the treatment of waste in this type of MBT is the most expensive. More-over, it resulted that 570 kg of RW are needed to pro-duce 1 MWh of exergy in strategy 1, while 8,520 kg of RW are required to produce 1 MWh of exergy in strate-gy 4. In this regard, it can be concluded that promoting waste treatment in single-stream MBT plants reduces the costs for the disposal of difficult-to-manage flows (wet fraction to stabilize and dispose of) on the one hand, and on the other allows to produce a high-quality SRF well suitable for co-combustion, with consequent energy savings from fossil fuels. Since the LCC has been calculated as an Environmental LCC, the obtained results could be integrated with a Life Cycle Assessment (LCA) of the same system, in order to get both an eco-nomic and an environmental evaluation.

Keywords: LCC, residual waste, costs, exergy, MBT.

Ricevuto il 19-10-2018. Modifiche sostanziali richieste il 17-1-2019. Accettazione il 21-3-2019.

* Per contatti: lucia.rigamonti@polimi.it. Piazza Leonardo da Vinci, 32 – 20133 Milano. Tel. 0223996415.

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1. INTRODUZIONE

Le pubbliche amministrazioni e gli operatori del set-tore sono alla continua ricerca di strategie e azioni volte alla prevenzione della produzione di rifiuti e alla massimizzazione del recupero di materia ed energia a discapito dello smaltimento in discarica. La maggiore consapevolezza in merito alla prote-zione dell’ambiente ha fatto crescere, inoltre, l’inte-resse verso la definizione e l’utilizzo di tecniche e metodi che permettano di quantificare da un lato gli impatti ambientali associati alla gestione dei rifiuti e dall’altro i benefici che derivano dalle azioni di re-cupero di materia ed energia, con l’obiettivo di com-prendere quali processi gravano maggiormente sul-l’ambiente e come è meglio pianificare la gestione per ridurre gli impatti ambientali complessivi. A ta-le proposito, la metodologia dell’analisi del ciclo di vita (Life Cycle Assessment – LCA) è a oggi accet-tata e largamente impiegata dalla comunità scienti-fica come strumento di supporto alle politiche deci-sionali in merito alla gestione dei rifiuti. Parallela-mente, quando si tratta di valutare le conseguenze di scelte strategiche in materia di gestione dei rifiuti, l’attenzione dei portatori di interesse (gestori di im-pianti di trattamento, amministrazioni locali, ecc.) ricade non solo su tematiche ambientali, ma anche su valutazioni di tipo economico. In questo contesto vi è la necessità di affiancare alla LCA una seconda metodologia, detta Life Cycle Costing (LCC), che si pone come obiettivo la valutazione dei costi del-l’intero ciclo di vita di un processo o servizio. In accordo con quanto stabilito da SETAC – Euro-pe Working Group on LCC (Hunkeler et al., 2008), a seconda dei confini del sistema scelti per l’ana-lisi LCC e delle voci di costo che si intendono in-cludere, è possibile definire tre tipologie di LCC (Martinez Sanchez et al., 2015):

• LCC Convenzionale: si propone di effettuare una valutazione dei costi associati al ciclo di vita di un prodotto/processo quando gli aspetti ambien-tali non rappresentano il focus dell’analisi. Può essere utilizzata, ad esempio, per valutare la fat-tibilità economica di alcune soluzioni di tratta-mento, identificare la soluzione più performante o valutare le conseguenze economiche dell’im-plementazione di una soluzione specifica nel trat-tamento/gestione dei rifiuti. Non presenta alcuna relazione con l’analisi LCA e i confini del siste-ma includono unicamente i costi interni (es. co-sti di inveco-stimento, coco-sti di geco-stione e manuten-zione). Solitamente una LCC Convenzionale pre-vede un solo portatore di interesse.

• LCC Ambientale: è tipicamente destinata a inte-grare un’analisi LCA con una valutazione della prestazione economica del sistema e considera tut-te le voci di costo intut-terne (compreso il costo di fi-ne vita) ed esterfi-ne (ossia che si verificano fuori dal sistema economico), purché sia prevista una loro internalizzazione nel breve periodo. A differenza della LCC Convenzionale, la LCC Ambientale espande i confini del sistema in modo tale che combacino con quelli della LCA, con la quale con-divide anche la stessa unità funzionale; in questo modo i risultati della LCA possono essere letti pa-rallelamente anche in chiave economica.

• LCC Sociale: viene solitamente svolta per esa-minare l’efficienza economica di specifici sce-nari a livello sociale con l’obiettivo di stimare la perdita o il ricavo di benessere in seguito a una ridistribuzione delle risorse. Per effettuare una LCC Sociale risulta necessario avere già svolto la LCA per il medesimo sistema, in modo tale da poter monetizzare gli impatti ed internalizzare i costi; siccome la LCC Sociale considera già gli impatti sull’ambiente, la LCA del medesimo si-stema non viene considerata nella fase di inter-pretazione dei risultati, per evitare un doppio conteggio delle esternalità.

Nello studio qui presentato è stata condotta una LCC Ambientale, finalizzata a valutare i costi as-sociati alle filiere di produzione di Combustibile Solido Secondario (CSS) a partire dal Rifiuto Ur-bano Residuo (RUR). L’analisi ha permesso inol-tre di fare alcune considerazioni in merito all’al-ternativa più vantaggiosa dal punto di vista econo-mico in termini di tipologia di trattamento mecca-nico-biologico (TMB) da applicare per ottenere CSS e in termini di utilizzo finale del CSS stesso (termovalorizzazione o co-combustione).

Un esempio di applicazione della stessa metodo-logia è lo studio di Martinez Sanchez et al. (2016) dove la filiera analizzata è quella del trattamento dei rifiuti organici in Danimarca.

1.1. Il trattamento meccanico biologico in Italia

Nel 2015 la produzione di rifiuti solidi urbani in Italia è stata di 29,5 milioni di tonnellate, pari a 487 kg / (ab * anno) (ISPRA, 2016). Il 44% di ta-li rifiuti è stato sottoposto a recupero di materia mentre il 19% è stato incenerito. Oltre 7,8 milioni di tonnellate di rifiuti, corrispondenti al 26,4% del totale, sono invece stati smaltiti in discarica; di questi l’86% è stato sottoposto a forme di tratta-mento preliminare meccanico e biologico prima

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dello smaltimento finale, mentre le restanti 1,1 mi-lioni di tonnellate sono state smaltite senza il pre-ventivo ed idoneo pretrattamento, in deroga al di-vieto imposto dall’art. 7 del D.Lgs n. 36/2003. I processi di trattamento meccanico-biologico (TMB) rappresentano una prima fase della filiera di gestione del rifiuto urbano residuo, generalmente propedeutica ad opportuni trattamenti successivi, quali il conferimento a discarica, l’incenerimento in forni dedicati o la co-combustione in impianti industriali. Relativamente al primo destino, la vo-lontà di servirsi di questo processo è dovuta al fat-to che permette di ottenere un materiale di massa inferiore e di maggiore stabilità biologica, con con-seguente limitata putrescibilità e minor produzio-ne di percolato e biogas. Per quanto riguarda i de-stini energetici, l’obiettivo del trattamento è la ri-duzione dell’umidità e la separazione delle frazio-ni a basso contenuto energetico, aziofrazio-ni che rendo-no il rifiuto maggiormente idoneo alla termovalo-rizzazione o alla sostituzione di combustibili fos-sili in centrali termoelettriche o cementifici. Quan-do lo scopo è la valorizzazione energetica del flus-so in uscita, l’obiettivo del trattamento è quello di produrre un Combustibile Solido Secondario (CSS) così come definito dal D.Lgs n. 205/2010. Dal punto di vista del processo a cui il rifiuto vie-ne sottoposto, le livie-nee di trattamento meccanico biologico possono distinguersi in due categorie: a flusso unico e a flusso separato. Gli impianti a flus-so unico comprendono uno stadio di bioessicca-zione della totalità del RUR conferito, seguito da un trattamento di raffinazione meccanica. Gli im-pianti che utilizzano una tecnologia di trattamento a flusso separato effettuano, invece, una prelimi-nare separazione meccanica della frazione umida dalla frazione secca. La prima viene inviata a bio-stabilizzazione al fine di ridurre l’attività biologi-ca della componente organibiologi-ca in essa contenuta e ottenere una Frazione Organica Stabilizzata (FOS) adatta al conferimento in discarica. Il secondo flus-so viene invece flus-sottoposto a raffinazione meccani-ca fino ad ottenere un materiale adatto agli scopi energetici per cui è stato trattato. Esistono poi

de-gli impianti TMB più semplici, privi di alcuna fa-se biologica, e consistenti quindi in una fa-semplice lavorazione meccanica di tritovagliatura.

Nel 2015, anno di riferimento dello studio in esa-me, sul territorio italiano erano attivi 118 impianti TMB (ISPRA, 2016); 49 erano autorizzati alla pro-duzione di CSS, di cui però solo 39 hanno effetti-vamente prodotto CSS nell’anno (Tabella 1). Tra le diverse tipologie di rifiuti entranti nei 118 impian-ti, il CER1_{20 03 01 (rifiuti urbani non}

differenzia-ti) ha rappresentato più dell’80% del totale (ISPRA, 2016). Per quanto riguarda i flussi in uscita, il CSS e la Frazione Secca (FS) ne hanno costituito la com-ponente maggiore, rappresentando rispettivamente il 33% e il 31% del totale. Seguono, con una inci-denza minore, la Frazione Organica Non Compo-stata (FONC: 14%), il Biostabilizzato (BS: 12%), la Frazione Umida (FU: 4%), il percolato (2%), il ma-teriale a recupero (1,4%), gli scarti e rifiuti di pro-cesso (0,95%) e il Bioessiccato (BE: 0,75%). Ri-spetto al CSS, i dati ISPRA relativi al 2015 evi-denziano come, del quantitativo totale prodotto, il 49% sia stato inviato ad incenerimento, il 21% a co-combustione in impianti industriali, il 15% in discarica, l’8,5% è stato messo in riserva, il 5,5% ad ulteriore raffinazione, l’1% circa a recupero di ma-teria. Si osserva come la destinazione a discarica abbia riguardato in realtà un solo impianto TMB.

2. MATERIALI E METODI

2.1. Generalità sulla metodologia LCC

A differenza di quanto accade per l’LCA, per una LCC non sono disponibili standard (norme ISO) di riferimento. Lo studio ha quindi fatto riferimento, per i principi generali, ad una linea guida elabora-ta da SETAC – Society of Environmenelabora-tal Toxico-logy and Chemistry – (SETAC, 2011) e per l’ap-plicazione della LCC alla gestione dei rifiuti a in-dicazioni mutuate dalla letteratura (Martinez San-chez et al. 2015).

1 _{CER: Codice Europeo Rifiuti}

Tabella 1 – Suddivisione degli impianti TMB produttori di CSS nel 2015 in base alla tipologia di trattamento del RUR (elaborazione dati ISPRA, 2016)

Tipologia di tecnologia Numero di impianti autorizzati alla produzione di CSS nel 2015

Numero di impianti che hanno ef-fettivamente prodotto CSS nel 2015

CSS prodotto [t/a]

TMB con solo tritovagliatura 11 9 518.771

TMB a flusso unico 5 4 201.704

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In un’analisi LCC si possono individuare tre fasi principali:

• Fase 1 – definizione dell’obiettivo e del campo d’applicazione. Rappresenta la fase preliminare in cui vengono definite: finalità dello studio; pro-spettiva dell’analisi (ovvero quali sono i portatori d’interesse considerati); unità funzionale; confini del sistema (tecnici/temporali/geografici: questo perché i costi cambiano in base alla località consi-derata e i costi futuri devono essere attualizzati tra-mite un tasso di sconto); come saranno risolti i ca-si di multi-funzionalità che ca-si presentano quando un sistema esplica, oltre alla sua funzione princi-pale, anche delle altre funzioni (dette co-funzioni); quali categorie di costo rientreranno nell’analisi del ciclo di vita; le assunzioni e i limiti dello studio. • Fase 2 – analisi di inventario. Ha come

obietti-vo la realizzazione di un modello approssimato della realtà che sia in grado di rappresentare tut-ti gli scambi tra i singoli processi del sistema. Quando la LCC si applica alla gestione dei rifiu-ti, i processi rappresentano le fasi di trattamento e i destini del rifiuto. Questa fase include la rac-colta dei dati di costo dell’intero ciclo di vita; per la valutazione dei costi di un servizio come la ge-stione dei rifiuti, possono essere utilizzate come voci di costo anche le tariffe al cancello degli im-pianti (gate fees) che includono in forma aggre-gata i costi e i ricavi associati al trattamento suc-cessivo del rifiuto. Dal momento che nella LCC si valuta una sola categoria d’impatto (ossia i co-sti), la fase d’inventario coincide anche con la fa-se di valutazione degli impatti, a differenza del-la LCA in cui queste due fasi risultano distinte. • Fase 3 – interpretazione dei risultati. È il mo-mento conclusivo di una LCC, nel quale vengono confrontatele eventuali diverse alternative propo-ste all’interno dell’analisi e proposti cambiamen-ti volcambiamen-ti alla riduzione dell’impatto economico del-le attività considerate, tramite l’individuazione delle fasi critiche per le quali i costi risultano es-sere maggiori. Nel caso in cui si effettui una LCC Ambientale, e l’analisi LCA relativa al medesimo sistema sia già stata conclusa, si possono genera-re degli indicatori di eco-efficienza che mettano in relazione costi ed impatti ambientali.

Di seguito sono descritte nel dettaglio le modalità di conduzione delle le tre fasi nello studio in esame.

2.2. Definizione dell’obiettivo e del campo d’ap-plicazione dell’analisi LCC

L’analisi LCC Ambientale oggetto dello studio ha

la finalità di fornire una valutazione dei costi ca-ratterizzanti il processo di trattamento del RUR e di recupero energetico dello stesso.

Si è deciso di considerare i costi sostenuti da ogni portatore d’interesse coinvolto nella filiera di ge-stione del rifiuto, in modo tale da avere una visio-ne più ampia possibile. I confini geografici del si-stema comprendono le filiere di trattamento del RUR in impianti TMB ubicati in Italia.

L’anno di riferimento scelto è il 2015, in quanto que-sto periodo più recente per cui sono risultati disponi-bili dati di inventario omogenei a livello nazionale. Nella definizione delle filiere da analizzare si è te-nuto conto del fatto che i dati sui costi sono solita-mente riservati e quindi non sempre disponibili. Per acquisire informazioni di tipo primario neces-sarie all’analisi, è stato quindi predisposto un que-stionario sottoposto ai gestori degli impianti TMB. La scelta degli impianti a cui inviarlo è stata fatta di modo da poter includere nell’analisi sia le di-verse tecnologie impiegate per il trattamento del rifiuto (tritovagliatura; trattamento a flusso unico o differenziato) che i possibili destini finali del CSS prodotto (incenerimento in impianti a griglia o a letto fluido; sostituzione calorica nei cementifici o in centrali termoelettriche).

Solo quattro dei cinque impianti a cui è stato in-viato il questionario hanno fornito un riscontro. Ne è derivata una disponibilità di dati per le seguenti quattro filiere cui l’analisi LCC Ambientale è stata applicata:

• Filiera 1: “TMB1” con tecnologia a flusso unico, il cui CSS in uscita viene conferito a co-combu-stione in cementificio;

• Filiera 2: “TMB2” con tecnologia a flusso unico, il cui CSS in uscita viene conferito a termovalo-rizzazione in inceneritore a letto fluido bollente; • Filiera 3: “TMB3” con tecnologia a flusso unico, il cui CSS in uscita viene conferito a termovalo-rizzazione sia in inceneritore a letto fluido bol-lente, sia in inceneritore a griglia;

• Filiera 4: “TMB4” con tecnologia a flusso separa-to, il cui CSS in uscita viene conferito a termova-lorizzazione in inceneritore a letto fluido bollente. I confini del sistema comprendono il trattamento del RUR negli impianti TMB e il successivo de-stino di tutti i flussi di materiali originati da tale trattamento. Nei confini del sistema è inclusa la fa-se di raccolta del RUR, ma non le fasi che contri-buiscono alla generazione del rifiuto, in accordo con la cosiddetta zero-burden assumption (Ekvall et al., 2007), che si suppone siano comuni a tutti i sistemi di gestione.

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Per ognuna delle quattro filiere analizzate, l’anali-si LCC è stata condotta in riferimento a due diver-se unità funzionali: 1 tonnellata di RUR in ingres-so all’impianto TMB e 1 MWh di exergia prodot-ta dalla valorizzazione energetica dei flussi uscen-ti dall’impianto TMB.

Questo in considerazione del duplice ruolo eserci-tato dai TMB, che da una parte rappresentano una forma di trattamento del RUR e dall’altra sono uno strumento per la produzione di una matrice com-bustibile destinata a recupero energetico (CSS, Fra-zione Secca, Bioessiccato). Relativamente a que-st’ultimo utilizzo, il recupero si attuata in forme di-verse (energia elettrica e/o termica); ciò richiede il ricorso ad un parametro che sia in grado di valu-tarlo nel complesso. Come tale è stata considerata l’exergia, una grandezza che rappresenta la quan-tità massima di lavoro che può essere ottenuta da un determinato processo o sistema tramite trasfor-mazioni reversibili. Per il caso in studio, l’exergia totale prodotta è stata calcolata, sommando i flus-si di exergia associati alla produzione di energia elettrica e calore che avviene direttamente nel si-stema di gestione dei rifiuti e il flusso di exergia as-sociato ai prodotti con contenuto energetico, non direttamente impiegati per la produzione di energia (ad es. il CSS utilizzato come combustibile nei ce-mentifici) (Rigamonti et al., 2015).

2.2.1. Risoluzione dei casi di multifunzionalità Per la risoluzione dei casi di multi-funzionalità, che si presentano quando un sistema esplica, oltre alla sua funzione principale, anche delle altre funzioni (dette co-funzioni), è stato applicato il metodo dell’espan-sione dei confini del sistema con includell’espan-sione degli im-patti evitati (Finnveden et al., 2009; EC, JRC, 2010). Quando l’unità funzionale del sistema è la tonnel-lata di RUR (e quindi la funzione principale del

si-stema è quella di trattare i rifiuti) si presentano i se-guenti casi di multi-funzionalità:

• CSS inviato a co-combustione in cementificio (Fi-liera 1): la co-funzione del sistema è rappresentata dalla produzione di un combustibile (il CSS) impie-gato al posto del pet-coke, il combustibile fossile più comunemente impiegato nell’industria cementiera; in questo caso l’espansione dei confini del sistema ha incluso l’evitato costo del pet-coke (Figura 1a). • CSS inviato a termovalorizzazione (Filiere 2, 3 e

4): la co-funzione del sistema è rappresentata dal-la produzione di exergia (MWhex); pertanto

l’espansione dei confini del sistema ha incluso il ri-cavo dalla vendita dell’energia elettrica e termica (Figura 1b).

Viceversa, nel caso in cui l’unità funzionale del si-stema è il MWh di exergia prodotta in seguito alla valorizzazione energetica dei flussi di rifiuti uscen-ti dai TMB (e quindi si considera come funzione principale la produzione di exergia), la co-funzio-ne è rappresentata dal trattamento del rifiuto in in-gresso; quindi, per poter confrontare le filiere tra loro, i confini del sistema sono stati espansi per in-cludere i costi dell’evitato trattamento del rifiuto secondo una modalità alternativa (Figura 2, a pa-gina seguente).

2.2.2. Categorie di costo

In uno studio LCC avente come oggetto la gestio-ne dei rifiuti, i costi del sistema possono includere le seguenti voci (Martinez-Sanchez et al., 2015): • Costi interni, ossia flussi monetari che fluiscono sia

dall’interno verso l’esterno del sistema di gestione, sia al contrario; essi si suddividono ulteriormente nei cosiddetti budget costs (costi di investimento e costi di gestione e manutenzione) e transfers (ossia flussi monetari che interessano solo le parti interne al sistema, come le tasse o i sussidi);

70% W₅₈₅ 8) <&66 3HWFRNH 70% 7(50 W₅₈₅ 8) <0:K_H[ 3URGX]LRQH HQHUJLD

Figura 1 – Confini del sistema nel caso in cui l’unità funzionale (UF) è la tonnellata di RUR: il tratteggio in-dica l’espansione dei confini del sistema a seguito della risoluzione dei casi di muti-funzionalità quando il CSS è impiegato come combustibile in cementificio (a) e quando è inviato a

termovaloriz-zazione per la produzione di energia (b). La y indica che il quantitativo di CSS (caso a) e i MWhex

(caso b) sono da determinare considerando 1 t di RUR in ingresso

a)

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• Costi esterni o esternalità, ossia costi che si ve-rificano fuori dal sistema economico; sono detti anche “beni/servizi non monetizzabili” in quan-to non hanno un valore direttamente monetizza-bile sul mercato.

Nello studio che applica una LCC Ambientale, sono stati considerati unicamente i costi interni, suddivisi in tre macro-categorie, come mostrato in Tabella 2. I costi sono quelli associati al trattamento del rifiu-to, ai quali si aggiungono anche quelli della raccolta (voce non elencata in Tabella 2). Per i flussi uscenti dal TMB, si è incluso il costo del trasporto al suc-cessivo trattamento, poi modellizzato utilizzando le gate fees, ossia le tariffe di conferimento che il ge-store del TMB deve pagare all’impianto destinata-rio, o il ricavo associato all’invio di materiali di buo-na qualità a recupero di materia. La gate fee è un in-dicatore aggregato che ben rappresenta la realtà

del-la gestione economica degli impianti riceventi i flus-si in uscita dai TMB: tiene infatti conto di tutti i co-sti/ricavi associati allo smaltimento, recupero ener-getico o agli ulteriori trattamenti a cui deve essere sottoposto il rifiuto conferito.

Rispetto all’unità funzionale “tonnellata di RUR in ingresso all’impianto TMB”, i costi totali dell’im-pianto TMB1 hanno incluso il ricavo derivato dal-l’evitato utilizzo del pet-coke nel cementificio, che utilizza CSS al posto del combustibile fossile tra-dizionale. Allo stesso modo, nei costi degli impianti TMB2, TMB3 e TMB4 sono stati conteggiati i ri-cavi associati alla vendita dell’energia elettrica e termica prodotta dal termovalorizzatore cui i flussi in usciti sono indirizzati. I suddetti ricavi sono in re-altà già inclusi nelle tariffe di conferimento dei flus-si in uscita dagli impianti TMB e quindi in questo caso l’utilizzo della gate fee è corretto.

Quando l’unità funzionale è il “MWh di exergia prodotta”, nel sistema così modellizzato, essendo-ne la funzioessendo-ne principale quella di produrre exer-gia, sono stati inclusi solo i costi del trattamento del rifiuto e non i ricavi associati all’utilizzo del-l’energia prodotta in seguito alla valorizzazione energetica dei flussi in uscita dai TMB. Di conse-guenza, assumendo che la tariffa di conferimento (€/t) corrisponda alla differenza tra la voce Costi e la voce Ricavi, il costo del trattamento dei flussi in uscita dagli impianti TMB è stato calcolato come somma della tariffa di conferimento e del ricavo. Nel paragrafo 2.3.2 per le diverse filiere sono ri-portati i dettagli del calcolo.

2.3. Inventario dell’analisi LCC: reperimento di dati primari e assunzioni per i dati mancanti

Dai questionari compilati dai gestori degli impian-ti è stato possibile ricavare daimpian-ti sui cosimpian-ti del

tratta-70% ,1& ;W585 0:K_H[ 8) 6PDOWLPHQWR DOWHUQDWLYR

Figura 2 – Confini del sistema nel caso in cui l’uni-tà funzionale (UF) è il MWh di exergia prodotto dalla valorizzazione energetica dei flussi uscenti dagli impianti TMB, sia-no essi flussi inviati a termovalorizzazio-ne oppure a co-combustiotermovalorizzazio-ne in cementifi-cio: il tratteggio indica l’espansione dei confini del sistema a seguito della risolu-zione della muti-funzionalità. La x indica che il quantitativo di RUR in ingresso de-ve essere determinato considerando che il sistema deve produrre 1 MWh di exergia

Tabella 2 – Suddivisione dei costi associati al trattamento del rifiuto in macro-categorie

Costi di gestione dell’impianto TMB Altri costi dell’impianto TMB

Tariffe di conferimento e costi di traspor-to per i flussi in uscita dall’impiantraspor-to TMB

Personale Energia elettrica

Consumo combustibile per usi interni all’impianto Costo d’ammortamento annuo 2015

Costi di manutenzione

Costo di fine vita Costi d’assicurazione

CSS a termovalorizzazione CSS a co-combustione

Frazione Secca a termovalorizzazione Frazione Secca a discarica

Bioessiccato a termovalorizzazione Bioessiccato a discarica

Recupero metalli ferrosi Recupero metalli non ferrosi Percolato a depurazione Scarti e rifiuti a discarica Frazione umida a stabilizzazione Frazione umida a discarica

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mento, sui bilanci di massa e sul potere calorifico posseduto dai flussi considerati. In secondo luogo sono state raccolte informazioni utili per il calcolo dell’exergia prodotta in seguito alla valorizzazione energetica dei flussi in uscita dagli impianti TMB (CSS, frazione secca o bioessiccato), come ad esempio i rendimenti di produzione di energia elet-trica e termica dei termovalorizzatori.

I bilanci di massa dei quattro impianti qui sintetiz-zati in Tabella 3 (e dettagliati anche nelle Figure MS1-MS4 del materiale supplementare) sono ri-sultati congruenti a quanto emerge dal Rapporto sui Rifiuti Urbani di ISPRA (ISPRA, 2016). Per quanto riguarda le voci di costo, le informa-zioni raccolte con i questionari sono riassunte in Tabella 4. Ulteriori dettagli sono riportati nella Ta-bella MS1 del materiale supplementare.

Tabella 3 – Bilancio di massa dei quattro impianti analizzati (valori in t/a)

TMB1 TMB2 TMB3 TMB4

RUR in ingresso 66.537 131.309 53.043 162.841

CSS a cementificio 22.924 - -

-CSS a

termovalorizza-zione - 60.997 39.411 39.160

Frazione secca a

ince-nerimento - 21.403 335 524

Bioessiccato a

incene-rimento - 1.863 3.170

-Metalli ferrosi 1.712 3.196 269 1.358

Metalli non ferrosi 109 - -

-Frazioni a discarica /

biostabilizzazione 32.475 26.429 - 110.195 Percolato a depurazione 7.415 - 2.380 118 Perdite di processo 1.902 17.421 7.478 11.486

Tabella 4 – Voci di costo espresse in [€/anno] dei quattro impianti analizzati relative all’anno 2015, che com-prendono i dati ottenuti elaborando i questionari compilati dai gestori degli impianti TMB

TMB1 [€/a] TMB2 [€/a] TMB3 [€/a] TMB4 [€/a]

Costi di gestione

Personale 500.000 80.000 1.074.000 859.000

Energia elettrica 576.000 165.005 321.000 794.427

Consumo di combustibile per usi interni all’impianto 81.795 0 0 0

Costo di ammortamento annuo 2015 700.000 700.000 700.000 663.646

Costi di manutenzione 550.000 737.250 (1) _{433.000 1.071.531}

Altro 0 0 0 1.268.443 (3)

Altri costi

Costi d’assicurazione 0 0 0 11.000

Costo di fine vita 0 0 0 0

Tariffe di conferimento e costi di trasporto per i flussi in uscita (2)

CSS a termovalorizzazione 0 4.218.959 3.042.926 1.574.232

CSS a co-combustione 515.790 0 0 0

Frazione secca a termovalorizzazione 0 1.702.288 26.758 47.008

Frazione secca a discarica 0 1.791.763 0 4.052.064

Bioessiccato a termovalorizzazione 0 149.283 253.614 0

Bioessiccato a discarica 0 234.248 0 0

Recupero metalli ferrosi -34.240 -79.900 -2.959 -6.790

Recupero metalli non ferrosi -13.625 0 0 0

Percolato a depurazione 203.913 0 1.785 8.210

Scarti e rifiuti a discarica 2.354.438 0 0 0

Frazione umida a stabilizzazione 0 0 0 4.073.215

Frazione umida a discarica 0 0 0 619.494

Biostabilizzato a discarica 0 0 0 543.145 (4)

(1)_{Valore assunto pari a 3/2 del valore medio del costo di manutenzione sostenuto dal TMB1 e dal TMB3. Questi ultimi infatti}

risul-tano avere una capacità autorizzata di trattamento pari alla metà di quella del TMB2; si è deciso quindi di assegnare al TMB2 un co-sto di manutenzione che sia “meno che proporzionale” rispetto alla media di quello dei suddetti TMB, in accordo con l’andamento tipico della crescita dei costi di manutenzione in funzione della taglia degli impianti.

(2)_{Per maggiori dettagli si veda la Tabella MS1 e le rispettive note.}

(3)_{Comprende i costi di gestione dell’impianto TMB per attività di movimentazione materiali e facchinaggio svolta da una ditta terza}

e i costi di gestione per l’impianto di biostabilizzazione 1 (vedi Figura MS4 nel materiale supplementare).

(4)_{Include i costi di caricamento e trasporto FOS (Frazione Organica Stabilizzata) a Discarica 4 (vedi Figura MS4 nel materiale}

IdA

Rifiuti

Nell’elaborazione dei dati forniti con il questiona-rio (non riportati nell’articolo per questioni di ri-servatezza), sono state fatte le seguenti assunzioni: • per le voci di costo in cui è stato riportato un in-tervallo di valori, si è considerato il valore medio; • per i flussi destinati a termovalorizzatori e/o di-scariche interni al sito del TMB, il costo di tra-sporto è stato posto pari a 0 €/t, salvo diverse in-dicazioni da parte dei gestori degli impianti; • per il costo per unità di energia elettrica

utilizza-ta, laddove non dichiarato nel questionario (ossia per TMB1 e TMB2), è stato assunto un valore di 0,15 €/kWh (costo dichiarato per il TMB3). 2.3.1. Dati per il calcolo dell’exergia

Dalle informazioni ricevute tramite i questionari è stato possibile identificare i termovalorizzatori cui sono state inviate le frazioni in uscita dai TMB (CSS, frazione secca e/o bioessiccato, a seconda del TMB – Figure MS1-MS4).

Per ogni termovalorizzatore in Tabella 5 sono ripor-tati i dati relativi alla produzione di energia elettrica netta e termica, al quantitativo totale di rifiuti tratta-ti e al relatratta-tivo PCI medio, quali ricavatratta-ti dai Rappor-ti di ISPRA (ISPRA, 2014; ISPRA, 2016); il rendi-mento di produzione di energia elettrica e termica di ogni termovalorizzatore è stato calcolato come rap-porto tra i MJ/a di energia prodotta e i MJ/a entran-ti. Solo tre dei sei termovalorizzatori coinvolti nelle filiere analizzate erano connotati nel 2015 da fun-zionamento cogenerativo, mentre i restanti hanno da-to luogo alla sola produzione di energia elettrica, con un conseguente rendimento complessivo minore. Quanto alla modalità di quantificazione dell’exer-gia prodotta nelle quattro filiere, si è utilizzata la formula: MJel+ MJth*

(

)

i cui termini sono spiegati nel dettaglio in Rigamonti et al., 2015. In particolare, il fattore di Carnot:

1- Ta__ Tml

è stato assunto pari a 0,217, come risultato di una situazione media italiana in cui Ta = 289,2 K, Tout =

408,15 K e Tin = 333,15 K (Grosso et al., 2010).

Si è deciso di includere nel calcolo non solo l’exergia prodotta dall’invio dei flussi di CSS a co-combustione o a termovalorizzazione, ma an-che quella associata ai quantitativi di frazione sec-ca e bioessicsec-cato. I termini della formula del-l’exergia sono quindi stati calcolati come di se-guito riportato:

• Per termovalorizzatori che producono solo ener-gia elettrica: [MJexergia/a] = [MJel/a], ossia i MJ di

exergia uscenti dal termovalorizzatore sono pari ai MJ di energia elettrica prodotti dalla combu-stione del flusso uscente dal TMB e inviato a in-cenerimento nel medesimo impianto;

• Per termovalorizzatori cogenerativi: [MJexergia/a]

= [MJel/a] + [MJth/a] * 0,217, ossia i MJ di

exer-gia uscenti dal termovalorizzatore sono pari alla somma dei MJ di energia elettrica e termica (que-st’ultima moltiplicata per il fattore di Carnot) prodotti dalla combustione del flusso uscente dal-l’impianto TMB e inviato a incenerimento nel medesimo impianto;

• Per cementifici: [MJexergia/a] = [MJindiretti/a], ossia

i MJ di exergia imputabili alla combustione del flusso uscente dal TMB utilizzato in cementificio sono pari al prodotto tra PCI e massa del CSS uscente dal TMB e inviata a cementificio. Sulla base dei dati massici sui singoli flussi in uscita dagli impianti TMB verso i termovaloriz-zatori e sul relativo PCI medio annuo (Tabella 6) (dati primari ricevuti dai gestori e assunzioni ri-portate nel materiale supplementare – Tabella MS1), e dei dati di rendimento (Tabella 5) sono

Tabella 5 – Rendimenti di produzione di energia elettrica e termica dei termovalorizzatori considerati nell’analisi

Energia elettrica netta prodotta

Energia

termi-ca prodotta Rifiuto in ingresso _{netto energia}Rendimento elettrica

Rendimento energia

ter-mica [MWh] [MWh] PCI [MJ/kg] Quantità [t/a]

Termovalorizzatore 1 52.726 108.593 15 61.123 20,7% 42,6% Termovalorizzatore 2 572.760 848.184 11 686.575 27,3% 40,4% Termovalorizzatore 3 42.160 0 15 64.248 15,7% -Termovalorizzatore 4 335.744 289.061 11 505.680 21,7% 18,7% Termovalorizzatore 5 89.751 0 10,5 146.969 20,9% -Termovalorizzatore 6 32.407 0 15,5 51.746 14,5%

-IdA

Rifiuti

stati calcolati il quantitativo di energia elettrica e termica prodotto dall’incenerimento dei singoli flussi e l’exergia complessivamente prodotta (si vedano i bilanci di exergia nelle Figure MS5-MS8 del materiale supplementare). Per quanto riguarda invece il CSS utilizzato come combustibile sosti-tutivo in cementificio (Filiera 1), l’energia pro-dotta è stata quantificata direttamente come exer-gia; sottraendo dall’exergia così calcolata l’exer-gia associata agli autoconsumi degli impianti TMB (pari al valore di consumo di energia elettrica di-chiarata dai gestori dei TMB), è stato possibile ri-cavare l’exergia netta indicata in Tabella 6. Con-siderando il quantitativo annuo di rifiuto trattato in ciascuna filiera, è poi possibile calcolare il quan-titativo di rifiuto necessario per la produzione di un MWh di exergia: tali valori sono mostrati in Tabella 7.

2.3.2. Costi del trattamento e della raccolta

Come indicato in precedenza, quando l’unità fun-zionale è il MWh di exergia prodotta, è stato ne-cessario calcolare il costo del trattamento dei flus-si in uscita dagli impianti TMB a ritroso, som-mando alla tariffa di conferimento il ricavo. Le tariffe di conferimento sono state fornite dai ge-stori degli impianti TMB e sono visibili nella Ta-bella MS1: per il conferimento dei flussi in usci-ta dai TMB verso i termovalorizzatori sono com-prese tra i 40 e i 70 €/t, siano essi CSS, frazione secca o bioessiccato, mentre la tariffa di conferi-mento del CSS a co-combustione in cementificio è pari a 5 €/t.

Per la Filiera 1 il ricavo considerato è quello con-seguito in con-seguito al non utilizzo del pet-coke nel cementificio, calcolato applicando la seguente for-mula, dove il prezzo medio del pet-coke (Ppet-coke)

Tabella 6 – Caratteristiche dei flussi in uscita dagli impianti TMB avviati a valorizzazione energetica (co-com-bustione in cementificio o termovalorizzazione), quantità di exergia prodotta, exergia consumata ed exergia netta per ogni filiera

Flussi in uscita [t/a] PCI [MJ/t] Energia elettrica prodotta [MWh/a] Energia termica prodotta [MWh/a] Exergia prodotta [MWh/a] Exergia usata dall’impianto TMB [MWh/a] Exergia netta [MWh/a] Filiera 1 CSS 22.924 19.000 (1) _{- - 120.988 3.840 117.148} Filiera 2 CSS 60.997 13.000 34.690 - 34.690 1.100 49.048 Fr. secca 1 8.711 7.465 4.932 7.303 6.516 Fr. secca 2 12.692 7.465 5.719 4.924 6.787 Bioess. 1 980 13.500 1.003 1.486 1.326 Bioess. 2 883 13.100 698 601 829 Filiera 3 CSS 1 8.882 16.640 8.500 17.506 12.299 2.140 54.678 CSS 2 28.510 13.300 28.757 42.585 37.998 CSS 3 2.019 13.400 1.633 1.406 1.938 Fr. secca 334 11.300 287 424 1.050 Bioess. 1 2.951 13.500 3.021 4.474 3.992 Bioess. 2 219 13.500 179 154 212 Filiera 4 CSS 39.160 15.070 23.844 - 23.844 5.028 19.122 Fr. secca 524 10.046 306 - 306

(1) _{I gestori dell’impianto hanno dichiarato un PCI del CSS uscente compreso tra 18.000 e 20.000 MJ/t, pertanto un valore}

me-dio di 19.000 è stato assunto per la filiera in oggetto.

Tabella 7 – Quantità di rifiuto trattata da ciascuna filiera per la produzione di un MWh di exergia nel 2015

Rifiuto trattato nel 2015 [t] Exergia netta prodotta nel 2015 [MWhex] [tRUR/MWhex]

Filiera 1 66.537 117.148 0,57

Filiera 2 131.309 49.048 2,68

Filiera 3 53.043 54.678 0,97

IdA

Rifiuti

è stato fissato pari a 55 €/t (AITEC, 2016) e il PCI del pet-coke (PCIpet-coke) a 34.454 MJ/t (Ministero

dell’Ambiente, 2017), mentre il quantitativo di CSS prodotto dal TMB della Filiera 1 nel 2015 e il rispettivo PCI sono quelli riportati nella prece-dente Tabella 6:

Ricavo [€/a] = Ppet-coke* tCSS* (PCICSS/PCIpet-coke) Per le filiere 2, 3 e 4 il ricavo considerato è quel-lo associato alla vendita di energia elettrica e ter-mica dei termovalorizzatori. Esso è stato calcola-to utilizzando il prezzo medio di vendita del-l’energia elettrica e termica, moltiplicato per i MWh elettrici e termici prodotti nei vari impian-ti. Il prezzo medio di vendita dell’energia elettri-ca considerato è di 150 €/MWhel, come suggerito

dagli stessi gestori degli impianti TMB, mentre un prezzo medio di vendita dell’energia termica di 80 €/MWhthè stato ritenuto rappresentativo del caso

in esame (A2A, 2015).

Inoltre, quando l’unità funzionale del sistema è il MWh di exergia, la co-funzione è rappresentata dal trattamento del rifiuto: quindi per poter confronta-re i quattro sistemi è stato necessario aggiungeconfronta-re ad ogni filiera il costo evitato dello smaltimento al-ternativo del quantitativo di RUR trattato (Figu-ra 2). Assumendo verosimile che, se il rifiuto non viene avviato a pretrattamento negli impianti TMB, potrebbe essere destinato ad incenerimento diretto per il recupero di energia, è stata considerata una tariffa di conferimento pari a 110 €/tRUR. Questo valore è stato ritenuto ben rappresentativo in par-ticolare per il Nord Italia, anche se bisogna evi-denziare che si tratta di un dato fortemente varia-bile di anno in anno e passando da un contesto re-gionale all’altro.

I costi medi specifici della raccolta del RUR uti-lizzati qualunque sia l’unità funzionale sono stati estrapolati dal Rapporto sui Rifiuti Urbani di ISPRA (ISPRA, 2016). Per ogni filiera analizzata, il costo totale della raccolta è stato poi stimato co-me prodotto tra il costo specifico per tonnellata di

rifiuto (diverso in base alla regione in cui si collo-ca l’impianto TMB) e la quantità di RUR trattata nell’anno di riferimento dal singolo impianto: i ri-sultati sono riportati in Tabella 8.

3. RISULTATI E DISCUSSIONE

3.1. Costi stimati utilizzando come unità funzio-nale una tonnellata di RUR in ingresso agli impianti TMB

In Figura 3 sono riportati i costi unitari (€/tRUR)

sti-mati per ciascuna filiera analizzata. Dai risultati emerge che il minor costo unitario sia stato soste-nuto nel 2015 dalla Filiera 2 (171 €/tRUR), mentre

quello più elevato dalla Filiera 1 (219 €/tRUR).

Se si confrontano le quattro filiere, si nota come la Fi-liera 1 presenti i costi maggiori associati alla raccol-ta del rifiuto: questo perché la raccol-tariffa per la raccolraccol-ta nella regione Piemonte è maggiore rispetto a quella in Lombardia ed Emilia Romagna (Tabella 5). Le dif-ferenze tra Filiera 2 e Filiera 3 sono imputabili prin-cipalmente ai costi di gestione, in ragione di diffe-renti politiche di allocazione del costo del personale tra l’impianto TMB e il termovalorizzatore, quando localizzati, come nei due casi, nel medesimo sito e aventi lo stesso gestore. Questo fa sì che il quadro dei costi ricostruito per la Filiera 1, in cui il TMB è collocato in maniera autonoma rispetto agli impian-ti di desimpian-tino del CSS, sia da considerarsi più veriimpian-tie- veritie-ro e rappresentativo della realtà di mercato rispetto a quello relativo alle Filiere 2 e 3, dove le diverse po-litiche aziendali si possono ripercuotere sull’effetti-va rappresentatività delle voci di costo. Comparando la Filiera 1 (caratterizzata da TMB a flusso unico) con la Filiera 4 (caratterizzata da TMB a flusso se-parato), i costi complessivi per tonnellata di rifiuto appaiono differenziarsi per 5 €/tRUR; se da un lato la

Filiera 1 risulta soggetta ad un maggior costo per le voci “raccolta RUR” e “gestione”, dall’altro la Filie-ra 4 risente di costi più ingenti per quanto riguarda le voci “tariffe di conferimento” e “trasporti”.

Tabella 8 – Stima del costo della raccolta del rifiuto in ingresso agli impianti TMB nelle quattro filiere

Costo raccolta

(ISPRA, 2016) RUR trattato dall’impianto TMB Totale costo della raccolta

[€/t] [t/a] [€/a]

Filiera 1 – Piemonte 138 66.537 9.148.838

Filiera 2 – Lombardia 97 131.309 12.750.104

Filiera 3 – Lombardia 97 53.043 5.150.475

IdA

Rifiuti

3.2. Costi stimati considerando come unità fun-zionale 1 MWh di exergia prodotta dalla va-lorizzazione energetica dei flussi uscenti da-gli impianti TMB

La Figura 4 illustra gli esisti dell’analisi LCC quan-do i costi unitari delle filiere sono stati valutati su base energetica (€/MWhex).

Alla Filiera 4 (caratterizzata da TMB a flusso se-parato) sono risultati associati costi maggiori per la

produzione di un MWh di exergia (1.079 €/MWhex)

rispetto alle altre tre filiere i cui impianti TMB trat-tano il rifiuto con tecnologia a flusso unico. In particolare, lo scostamento maggiore si rileva con la Filiera 1, cui corrisponde un costo com-plessivo pari a 68 €/MWhex. Il TMB della Filiera 1

è anche l’impianto che è risultato trattare un minor quantitativo di rifiuto per produrre un MWh di exergia (0,57 tRUR/MWhex), a fronte di un

quantita-tivo quattro volte superiore nel caso della Filiera 2

219 171 207 214 0 40 80 120 160 200 240

Filiera 1 Filiera 2 Filiera 3 Filiera 4

[€/t RUR ] Raccolta RUR Tariffe di conferimento e trasporti Altri costi Costi di gestione Totale

Figura 3 – Dati di costo per ogni filiera analizzata, espressi in €/tRUR

68 330 ₃₀₈ 1.079 -1.200 -800 -400 0 400 800 1.200 1.600 2.000

Filiera 1 Filiera 2 Filiera 3 Filiera 4

[€/ MWh ex ] Smaltimento alternativo (incenerimento) Raccolta

Ricavo associato alla valorizzazione energetica del rifiuto Tariffe di conferimento e trasporti Altri costi Costi di gestione Totale

Costo dell'invio a trattamento successivo dei flussi in uscita dall'impianto TMB

Figura 4 – Dati di costo per ogni filiera analizzata, espressi in €/MWh_ex; lo smaltimento alternativo del RUR

considerato è l’incenerimento diretto. Il costo del trattamento dei flussi in uscita dagli impianti TMB è stato calcolato, come spiegato nel paragrafo 2.2.2, come somma della tariffa di conferimento e del ricavo associato all’utilizzo dell’energia prodotta in seguito alla valorizzazione energetica dei flussi in uscita dai TMB

IdA

Rifiuti

e che arriva ad essere quindici volte superiore per la Filiera 4 (Tabella 7). Questo dato così elevato della Filiera 4 è da ricondurre al fatto che il ter-movalorizzatore a cui è stato destinato il CSS non operava in regime cogenerativo e presentava un rendimento di produzione di energia elettrica piut-tosto basso (14,5%).

Dal punto di vista energetico, la produzione di un combustibile idoneo per essere inviato a co-com-bustione permette da un lato di generare un mag-gior quantitativo di exergia, in quanto vengono me-no i rendimenti di produzione di energia elettrica e termica dei termovalorizzatori, e dall’altro di ri-durre i costi per MWhexprodotto.

Se si confrontano le Filiere 2 e 3, i costi per MWh di exergia risultano comparabili, pari rispettiva-mente a 330 €/MWhexe 308 €/MWhex. A parità di

exergia prodotta, per la Filiera 2 sono risultati co-sti maggiori associati alla raccolta, oneri compen-sati però dal costo dell’evitato incenerimento di-retto del RUR. Una rilevante differenza di costi (pari a circa 100 €/MWhex) si riscontra per la voce

“tariffe di conferimento e trasporti”, in quanto il TMB della Filiera 2 è risultato soggetto a costi più elevati per l’invio a termovalorizzazione o a smal-timento dei flussi in uscita (tratta un maggior quan-titativo di rifiuti). Infine va rilevato che il TMB della Filiera 3 ha avuto nel 2015 un maggiore ri-cavo associato alla valorizzazione energetica del rifiuto, avendo inviato i tre flussi di CSS prodotti a termovalorizzatori che conseguono recupero di energia sia elettrica che termica, a differenza del TMB2 che invia il CSS ad un inceneritore non co-generativo.

4. CONCLUSIONI

Lo studio ha avuto come obiettivo l’analisi dei co-sti del ciclo di vita di filiere di trattamento del ri-fiuto urbano indifferenziato basate sul trattamento meccanico-biologico (TMB) e la successiva valo-rizzazione in termini energetici (invio a termova-lorizzazione o a co-combustione del CSS e degli al-tri flussi di frazione secca o bioessiccato con con-seguente produzione di energia elettrica e calore) e di recupero di materiali (separazione di metalli fer-rosi e non ferfer-rosi destinati ad impianti di riciclo). Lo studio risulta essere il primo esempio pubbli-cato in Italia di applicazione della metodologia LCC Ambientale a tali filiere.

Con riferimento all’anno 2015, sono state caratte-rizzate e analizzate quattro filiere: una è connota-ta da un impianto TMB che produce CSS

destina-to a co-combustione in cementificio mentre le ri-menanti tre sono connotate da impianti TMB che inviano i flussi in uscita a termovalorizzatori (con recupero di energia e calore). Tre degli impianti analizzati (TMB-filiera 1, TMB-filiera 2 e TMB-fi-liera 3) effettuavano un trattamento del RUR a flus-so unico, mentre l’altro (TMB-filiera 4) flus- sottopo-neva il rifiuto in ingresso ad un trattamento a flus-so separato.

Dalla valutazione dei costi che è stata effettuata per tutte le filiere analizzate rispetto a due distte unità funzionali – la tonnellata di RUR in in-gresso all’impianto e il MWh di exergia prodotto dalla valorizzazione energetica dei flussi in uscita dai TMB – sono derivabili le seguenti considera-zioni principali:

• esiste un divario molto ampio per quanto riguar-da le tariffe di conferimento dei CSS a co-com-bustione in cementificio (circa 5 €/t) rispetto a quelle per l’invio a termovalorizzazione (com-prese tra i 40 e i 70 €/t);

• se si considera come unità funzionale la tonnel-lata di rifiuto in ingresso a ciascun impianto TMB, alla Filiera 1 sono risultati associati i co-sti maggiori, pari a 219 €/tRUR. Confrontando

questa filiera (caratterizzata da un TMB a flus-so unico) con la Filiera 4 (caratterizzata da un TMB a flusso separato), non emergono impor-tanti differenze per quanto concerne i costi com-plessivi per tonnellata di rifiuto (pari nel caso del TMB4 a 214 €/tRUR). La produzione di CSS

da impiegare in co-combustione in cementificio in sostituzione del pet-coke permette di ottene-re la maggioottene-re produzione di exergia per ton-nellata di RUR. Quando il CSS è inviato a ter-movalorizzazione, i rendimenti di produzione di energia elettrica e termica degli inceneritori ri-ducono la quantità di exergia complessivamen-te disponibile a seguito della valorizzazione del rifiuto;

• i risultati ottenuti considerando come unità fun-zionale 1 MWh di exergia prodotto a seguito della valorizzazione energetica del rifiuto sug-geriscono invece che il trattamento del RUR in impianti a flusso unico per produzione di CSS da inviare a co-combustione sia l’alternativa migliore dal punto di vista economico. Infatti, mentre i costi complessivi per la Filiera 1 sono risultati nel 2015 pari a 68 €/MWhex, per le

Fi-liere 2, 3 e 4 appaiono più ingenti, rispettiva-mente pari a 330, 308 e 1.079 €/MWhex. Il

co-sto maggiore, quello della Filiera 4, è associa-to ad un TMB di tipologia a flusso separaassocia-to:

IdA

Rifiuti

quindi, se si considera il costo per produrre 1 MWh di exergia, il trattamento del rifiuto in impianti a flusso separato risulta essere l’alter-nativa meno conveniente. È emerso, inoltre, che per produrre 1 MWh di exergia sono servi-ti in questo TMB 570 kg di rifiuservi-ti, mentre so-no circa 8.520 kg per produrre 1 MWh di exer-gia nel caso dell’impianto TMB a flusso sepa-rato della Filiera 4;

• il conseguimento di risultati differenti a seconda dell’unità funzionale considerata può essere in-terpretato come una limitazione intrinseca della metodologia LCC applicata a filiere di tratta-mento meccanico-biologico e successivo recu-pero energetico di rifiuti, dovuta ai diversi punti di vista adottati e alla grande diversità delle con-dizioni al contorno di ciascuna filiera.

Gli esiti dello studio, nei limiti dei dati e delle sti-me effettuate, porterebbero a concludere che in-centivare il trattamento del rifiuto in sistemi TMB a flusso unico da un lato può ridurre gli oneri per lo smaltimento di flussi di difficile gestione (fra-zione umida da stabilizzare e smaltire) e dall’altro mettere a disposizione un CSS con caratteristiche di qualità idonee a soddisfare le esigenze, tecno-logiche, economiche e ambientali, di un utilizzo co-combustivo come sostituto di combustibili fos-sili. Risultati più robusti si potranno ottenere ripe-tendo l’analisi qualora fossero a disposizione i da-ti per altri impianda-ti TMB, oltre a quelli qui già ana-lizzati.

Dato che lo studio ha applicato una LCC Am-bientale, i risultati potrebbero essere utilizzati, una volta elaborata anche una LCA dello stesso siste-ma, per generare indicatori di eco-efficienza che mettano in relazione i costi con gli impatti am-bientali.

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ISPRA (2017) Rapporto Rifiuti Urbani 2017.

http://www.isprambiente.gov.it/it/archivio/eventi/2017/ot-tobre/rapporto-rifiuti-urbani-edizione-2017

Martinez-Sanchez V., Kromann M. A., Astrup T. F. (2015) Li-fe Cycle Costing of waste management system: Overview, calculation principles and case studies. Waste Management 36, 343-355.

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RINGRAZIAMENTI

Questo lavoro è stato finanziato dal Fondo di Ri-cerca per il Sistema nell’ambito dell’Accordo di Programma tra RSE S.p.A. ed il Ministero dello Sviluppo Economico – Direzione generale per il mercato elettrico, le rinnovabili e l’efficienza ener-getica, il nucleare – in ottemperanza al DM 8 mar-zo 2006.

Si ringraziano inoltre i gestori degli impianti che han-no fornito i dati per l’analisi LCC e l’ing. Roberta Bassani per il supporto nella loro elaborazione.

Materiale supplementare è disponibile gratuita-mente all’indirizzo www.ingegneriadellambien-te.net

per il 2019 è sostenuta da:

I N G E G N E R I A

DE L L’A M B I E N T E